微张力控制在粗轧机的应用

[摘要]结合济钢热连轧厂粗轧工艺部分的实际应用情况，介绍了一种建立在四辊可逆水平轧机和立辊轧机间的微张力控制系统的构成和实现方法，并分析了实际应用效果。
[关键词] 微张力；粗轧机；立辊轧机；转矩限幅

Application of micro-tension control in Rougher mill
MENG Qing-yu
(Jinan Iron&Steel Corporation HSM 1700mm, Jinan)
Abstract: According to the application of micro-tension control in rougher mill of JiGang ,which is based on rougher mill and edger mill ,the structure of the control system and the realization method is introduced. Besides the analysis of practical effect is given.
Key words: micro-tension; rougher mill; edger mill; torque limitation

引言
        现代冶金工业的型材、棒线材和板带材轧制生产中，普遍采用了张力控制技术用以改善产品的质量。尤其是在板、带材连轧生产中，张力控制技术的发展很快。带钢热连轧生产上粗轧机多机架间张力控制技术、精轧机组的活套张力厚度控制技术；冷连轧的张力厚度控制技术等都已经能够进入成熟应用的阶段。但是目前在粗轧机单机架轧制中，张力控制的应用还很不成熟，应用上还在试验阶段。
        本文介绍一种目前在生产中应用的粗轧单机架张力控制方案。粗轧轧件属于中间坯，尺寸一般比较大，厚度和宽度指标的要求不需要精确，热连轧带材时不宜采用大张力，所以这里采用的是微张力的开环控制。微张力控制的目的主要是利用现有的生产设备，适当改善中间坯宽度和平直度，以利于精轧轧制，而且可以适当起到调整轧机主电机负荷的作用。

1 工艺设备
        热连轧粗轧机的布置采用一架四辊可逆水平轧机，轧机前带小立辊。轧制工艺流程一般采用三道次的往复半连续式轧制。小立辊轧机的作用主要控制板卷的宽度，同时也起着对准轧制中心线的作用[1]。水平辊机架和立辊机架的压下规程由计算机通过数学模型进行设定，速度规程也按一定程序进行控制。由于立辊与水平辊形成连轧关系，为了补偿水平辊辊径变化及适应水平辊压下量的变化，所以要求立辊必须能进行调速。立辊轧机采用上传动的型式，万向接轴式连接。立辊的传动调速控制系统采用西门子变频调速装置。

2 控制系统
2.1控制系统构成
基础自动化级控制器采用GE Fanuc公司的 PAC SystemTM RX7i系列作为主控制器，传动调速控制系统采用西门子6SE70系列变频器控制系统，其控制器组成包括工艺板T400,中心控制单元CUVC。基础自动化与调速控制器采用现场总线Profibus-DP进行通讯。
2.2控制方案
在四辊水平轧机和小立辊轧机之间建立张力，张力的大小由两者速度差决定，通过调节立辊轧机的速度控制张力大小。对于传动设备而言，速度是由速度控制器控制调节的，在微张力控制系统中，为了在轧机间建立恒张力，在速度控制器之后引入转矩控制限幅环节，也就是对速度控制器的输出进行限幅，降低电动机的输出电磁转矩，减小电动机的实际转速，进而达到建立轧机间速度差，实现微恒张力轧制。

图1.控制系统框图
2.2.1数据收集
在立辊咬钢之后和平辊咬钢之前的这段时间作为数据采集的周期，立辊咬钢后延时一段时间开始立辊电机转矩实际值采集，共采集12点数据作为转矩采样值。
2.2.2数据处理
将采集到的12点数据通过累加，比较，求均值等计算得出最后的转矩锁定值。计算公式如下：
(ΣTsum-Tmax-Tmin)/10=Tlock
其中：ΣTsum——为转矩实际采样值的累加值
Tmax——为采样值中最小值
Tmin——为采样值中最大值
Tlock——为转矩锁定值
2.2.3数据发送
将计算所得的转矩锁定值作为转矩限幅值传给传动系统控制其输出的电磁转矩，控制电机转速。另外对转矩限幅值[2]的大小也做了限幅处理，防止传动系统故障发生。
2.2.4连锁条件
工艺上加入微张力控制的连锁条件，主要目的是控制微张力的作用时间，使得系统实现有张力和无张力的平稳过渡，对立辊电机转矩的进行及时的补偿，防止故障发生。其作用是对转矩限幅环节的投入和切除进行控制。
3 应用效果
        在进行微张力控制中，由于张力的实际值很难测量，因此采用间接的方法观测张力作用效果。这里主要依据轧机后测宽仪提供的宽度偏差波形图和轧机负荷情况来分析微张力控制的效果。图2 所示为转矩限幅值在1000Nm时宽度偏差的波形图。可见在微张力控制下的中间坯的宽度均匀，而且平直度也得到了改善。在图3中所示，在微张力控制中立辊轧机电动机的负荷随之降低，从而延长了设备的使用寿命。

图2. 宽度偏差示意图

图3. 微恒张力控制中的电动机负荷

4 结束语
微张力控制在粗轧机的应用得到了良好的效果，是一种很好的改善中间坯质量的控制方案。

[参考文献]
[1] 王廷溥 齐克敏 金属塑性加工学轧制理论与工艺（第2版） 北京：冶金工业出版社，2001
[2] Siemens. SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全（AC版）